Lo stadio nazionale di Varsavia. Un`arena per una città e

Lo stadio nazionale
di Varsavia.
Un’arena per una città
e una nazione
The National Stadium of Warsaw, which was recently completed to host the 2012 European Football Championships,
is a symbol of the rebirth of the city of Warsaw and the entire
Polish nation. It's an example of a modern, multipurpose stadium, the result of cooperation between the experienced design team and the company which produced the metal structures, which leave their mark on the design and construction
of new stadia in Europe and throughout the world.
The National Stadium
in Warsaw. An arena
for a city and a nation
REALIZZAZIONI
Lo stadio Nazionale di Varsavia, recentemente completato
per ospitare gli europei di calcio EURO 2012, è simbolo della rinascita della città di Varsavia e di tutta la nazione polacca. Un esempio di moderna arena multifunzionale nato
dalla cooperazione e dall’esperienza degli studi di progettazione e della ditta realizzatrice della carpenteria metallica, una struttura che lascia il segno nella progettazione e
nella realizzazione dei nuovi stadi europei e mondiali.
Andrea Garbuio
Fig. 1 – Vista notturna dello stadio nazionale di Varsavia
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COSTRUZIONI METALLICHE
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Il nuovo stadio nazionale,
simbolo della rinascita
di Varsavia
In occasione dei campionati europei di
calcio Euro 2012 è stato inaugurato il
nuovo stadio nazionale nel cuore e centro nevralgico della Polonia, Varsavia. La
struttura, simbolo della rinascita della città, sorge lungo le rive del fiume Vistula, a
pochi passi dal centro cittadino, nel sito
occupato dal precedente stadio. Questo,
eretto nel luglio del 1955, cessò di ospitare
eventi sportivi nel 1989 quando diventò
un mercato cittadino, composto da più di
5.000 bancarelle commerciali, e venne poi
dismesso nel maggio del 2008. Nell’ottobre di quell’anno furono iniziate le prime
attività per la costruzione del nuovo stadio, con l’installazione di una fitta serie di
pali di fondazione, volta a contenere i cedimenti differenziali del terreno. Nel 2009 fu
posta la prima pietra del nuovo stadio nazionale di Varsavia la cui inaugurazione avvenne tre anni dopo, il 30 novembre 2011.
Il concetto sulla base del quale si sviluppa
la progettazione dello stadio è quello di
una struttura multifunzionale, destinata ad
ospitare non solo eventi sportivi, ma anche
adatta ad accogliere concerti e manifestazioni in genere, candidandosi così a divenire l’arena principe della nazione polacca.
La moderna struttura è in grado di ospitare 58.500 posti a sedere, ed è destinata a
lasciare un segno nella costruzione di installazioni di questo genere, per il livello di
confort e tecnologia messi a disposizione
Fig. 2 – Pianta della copertura
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COSTRUZIONI METALLICHE
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Fig. 3 – Sezione di progetto della copertura metallica
degli ospiti, con più di 4000 m2 di sale
conferenze, 9800 m2 di uffici e 2500 m2 di
aree fitness. Ciò che per primo colpisce lo
sguardo dell’osservatore esterno è la facciata: essa abbraccia l’intera struttura dello
stadio nel suo sviluppo circolare, seguendo l’andamento altimetrico della struttura
principale di copertura. Questa sorregge i
pannelli di alluminio rossi e bianchi, colori
della bandiera nazionale polacca, conferendo all’imponente costruzione un senso
di leggerezza ed al contempo di dinamicità. Suggestivo è lo scenario notturno
offerto dall’opera, fatto di luci e colori che
danno vita allo stadio ed incantano gli
spettatori in arrivo (figura 1).
Descrizione generale della
struttura. La struttura metallica principale
La concezione della struttura di copertura
dello stadio nazionale di Varsavia si basa
sul principio della ruota della bicicletta:
una tensostruttura, composta da travi di
funi pretese disposte con simmetria radiale, trasmette sforzi di compressione
ad un anello circonferenziale in acciaio
che la sorregge, il compression ring, il cui
andamento circolare, con valori di quota
dal suolo variabili da 28 a 38 m, è realiz6
COSTRUZIONI METALLICHE
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zato tramite la connessione bullonata di
elementi tubolari, di diametro pari a 1.820
mm e spessore 80 mm, suddivisi in conci
di lunghezza di circa 12 m e del peso di
circa 50 tonnellate (figure 2 e 3).
Gli elementi flessibili radiali tesi sono realizzati mediante un sistema piano di funi
pretese. Si tratta di funi spiroidali chiuse
che dipartono a due livelli dalla circonferenza esterna della struttura, denominati
upper e lower radial cables, con funzione
rispettivamente di cavo portante, quello
inferiore, e di cavo stabilizzante, quello superiore (figure 4 e 5). I due livelli di cavi radiali, che sono connessi per mezzo di una
serie di funi spiroidali verticali, denominate
hanger cables, vanno ad incrociarsi successivamente nel corpo centrale teso, composto da due anelli di funi disposti su due
differenti livelli, i ring cables, mantenuti ad
una distanza costante fra loro grazie all’inserimento di una serie di elementi metallici, i flying masts, che seguono allo stesso
tempo l’ondulazione dell’intera copertura.
La connessione fra ring cables e cavi radiali
è realizzata tramite elementi ottenuti per
fusione denominati casting, che incorporano le connessioni bullonate per l’attacco
dei flying masts.
Di particolare rilevanza sono i 4 casting
inferiori d’angolo: fusioni del peso di circa
14 tonnellate, che raccolgono da un lato la
connessione di 4 cavi radiali inferiori, funi
spiroidali chiuse del diametro di 110 mm, e
dall’altra di 3 funi del diametro di 145 mm,
i main stay cables, che stabilizzano il central needle, corpo centrale sospeso della
struttura, connesso nella sua parte superiore al ring cable attraverso 60 cavi radiali
del diametro di 55 e 60 mm (figura 6). La
tensostruttura sopporta il carico verticale
accidentale riducendo la pretensione nei
cavi inferiori e aumentando lo sforzo di
trazione in quelli superiori e nei ring cables. Questo aumento di tensione nei cavi
superiori viene trasformato attraverso un
puntone, lo strut, in uno sforzo di compressione radiale sul compression ring, e
in uno di trazione che va ad interessare gli
elementi denominati facade ties (figura 3).
Gli strut sono elementi compressi costituiti
da tubi del diametro di 1.200 mm e spessore pari a 45 mm, con lunghezza variabile
da 22 a 28 m; fra di essi sono predisposti
in ogni campitura dei cavi di controvento
che riprendono le componenti di sforzo
orizzontali. I facade ties sono elementi tubolari snelli di lunghezza variabile dai 48 ai
58 m, di diametro pari 508 mm e spessore
fino a 70 mm. Essi collegano la base della colonna con l’estremità superiore dello
strut, dove vanno a connettersi i cavi radiali
superiori.
La maggior parte del carico viene trasferita, come appena detto, dallo strut al compression ring attraverso una forza radiale,
mentre la componente verticale del carico
stesso viene trasferita direttamente alla colonna sottostante. Ciò avviene grazie alla
connessione fra i due elementi metallici,
realizzata tramite un piatto in acciaio posizionato fra le flange del compression ring
(figura 7), che ospita non solo i perni di
connessione dello strut con il compression
ring, ma anche quelli delle colonne sottostanti e dei cavi radiali inferiori.
Le forze orizzontali agenti sulla costruzione
sono riprese principalmente dalla facciata
esterna. Circa il 50% di tali forze è trasfe-
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rito direttamente in fondazione, attraverso
la struttura esterna di supporto della stessa
pannellatura. La parte rimanente del carico orizzontale è trasferita alla copertura
metallica principale ed ai sistemi di controventatura denominati main bracings, situati ai quattro angoli della struttura. Questi
sono costituiti da funi spiroidali chiuse, del
diametro di 100 mm, che collegano, con
andamento a croce, il compression ring con
la base delle colonne e sono soggetti ad
uno sforzo di pretensione pari a 5.040 kN.
Le 72 colonne, con lunghezza variabile da
28 a 33 m, sopportano i carichi e le deformazioni del compression ring e sono realizzate con elementi tubolari del diametro di
1.016 mm e spessore pari a 70 mm.
Le strutture sono realizzate in acciaio S355
a grana fine normalizzato secondo EN
10025-3 ed in acciaio S460 a grana fine ot-
tenuto mediante laminazione termo meccanica secondo EN 10025-4. Per quest’ultimo acciaio è stato richiesto che il valore
della tensione di snervamento sia garantito non minore di 460 Mpa anche per spessori superiori a 40 mm. Per alcuni elementi
strutturali è stato poi impiegato acciaio
con caratteristiche di deformazione migliorata in direzione perpendicolare alla
superficie (Z25 e Z35), prodotto in accordo
alla norma EN 10164. I perni che realizzano
la connessione a cerniera, di diametro variabile dai 200 ai 250 mm, sono realizzati in
acciaio legato 34CrNiMo6V, in accordo alla
normativa EN 10083.
I casting sono realizzati per fusione in lega
di acciaio NiMoCr36 secondo la normativa EN 10340. Le connessioni bullonate
ad attrito sono realizzate con l’impiego di
Fig. 4 – Sezione tipica della struttura
Fig.5 - Dettagli di connessione degli elementi
come evidenziati nella Fig.4
Fig. 6 - Vista del casting d’angolo durante le operazioni di sollevamento della tensostruttura
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Fig. 7 - Dettaglio tipico della connessione fra compression ring, colonna, strut e facade tie
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bulloni di classe 10.9, prodotti secondo EN
14399, e serrati con valori di precarico in
conformità alle indicazioni delle normative
europee EN 1993 ed EN 1090-2.
La copertura delle tribune e del
campo di gioco
La copertura principale dello stadio sovrasta gli spalti per tutta la loro superficie
mentre la parte interna, corrispondente al
campo di gioco, può essere lasciata coperta o scoperta grazie all’installazione di un
tetto retrattile, il cui movimento di apertura e chiusura è garantito da un sofisticato
sistema automatico di movimentazione
della membrana interna. Questa viene
letteralmente parcheggiata all’interno di
una struttura sospesa sopra il centro del
campo, il garage, che si colloca a tre diverse altezze lungo lo sviluppo verticale
di quello che viene chiamato central needle, visibile dall’esterno dello stadio grazie
ai suoi 90 m di quota dal livello delle basi
delle colonne (figure 8 e 9). La traslazione
è realizzata attraverso 4 argani di sollevamento ed un sistema di perni che consentono il trasferimento del carico, una volta
raggiunto il corretto posizionamento della
struttura. Un sistema di movimentazione
è implementato anche per la struttura di
supporto dei 4 schermi video, allocati nella
parte inferiore del central needle, che con-
sente loro l’abbassamento fino a livello del
campo di gioco.
I flying mast di cui si è detto prima sorreggono poi nella parte inferiore un sistema
di passerelle metalliche che si sviluppano
lungo la circonferenza del campo di gioco
e nella parte superiore una copertura in
vetro, denominata glass roof, per la raccolta ed il drenaggio dell’acqua piovana proveniente dalla parte interna della membrana (figura 10).
La parte esterna della copertura, posta al
di sopra delle tribune, è realizzata attraverso l’utilizzo di una membrana in PTFE
(figura 11). La distribuzione dei valori di
prestress sulla membrana è stato calcolato e verificato al fine di evitare il crearsi di
sacche di ristagno di pioggia o neve, con
conseguenti possibili picchi di tensione
e sovraccarichi all’interno della struttura
principale. Il drenaggio della parte interna
e mobile della copertura verso il perimetro
esterno è garantito dall’inclinazione di circa 12° dei cavi interni radiali.
Grazie alla geometria triangolare dei singoli elementi di membrana interna, gli
sforzi di presollecitazione sono introdotti
nella membrana retrattile attraverso l’impiego di un sistema idraulico, situato a livello del ring cable superiore.
La membrana retrattile interna è realizzata in PVC, materiale più flessibile e che
Fig. 8 - Vista del sistema di movimentazione della membrana interna di copertura
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COSTRUZIONI METALLICHE
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garantisce una “traslucentezza” maggiore
rispetto a quello utilizzato per la copertura
esterna. Il materiale è stato scelto al fine di
garantire un ciclo di vita duraturo, evitando danneggiamenti che potrebbero insorgere come conseguenza dei processi di
piegatura e distensione, legati all’apertura
e chiusura del tetto mobile.
Criteri di analisi strutturale e di
progettazione esecutiva
Il progetto dello stadio nazionale di Varsavia è nato dalla consolidata collaborazione
fra lo studio di ingegneria tedesco Schlaich
Bergermann and Partners (SBP), leader
mondiale nel settore delle tensostrutture,
e gli architetti del gruppo Gerkan Marg
and Partners (GMP), con il supporto esterno dello studio di architettura polacco JSK
Architekci Sp. z o.o. per quanto concerne la
successiva fase esecutiva.
Sulla base dei disegni e delle specifiche
progettuali, sviluppati da SBP in accordo
alle normative EN 1993 e DIN 18800, il progettista strutturale (SBP) ha definito la geometria della struttura principale portante
in acciaio, nella sua configurazione iniziale ed in quella in contromonta, fornendo
spessori, geometrie e caratteristiche meccaniche degli elementi incorporati nel progetto. L’analisi strutturale è stata eseguita
da SBP utilizzando il programma per l’ana-
Fig. 9 - Vista della struttura interna dello stadio
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lisi geometrica lineare e non lineare agli
elementi finiti SOFISTIK. Il progetto della
struttura metallica principale è stato eseguito con l’approccio agli stati limite ultimi
secondo l’Eurocodice 3 EN 1993. Tutte le
combinazioni di carico sono state definite
considerando gli emendamenti della normativa polacca.
I carichi da vento rappresentano una delle
azioni più gravose agenti sulla copertura. I calcoli preliminari sono stati eseguiti
in accordo con la normativa EN 1991-1-4,
ma per la determinazione dei valori finali
è stata eseguita una simulazione in galleria del vento che ha tenuto conto della
forma della copertura esterna e della facciata, ed i valori sperimentali così ottenuti
sono stati criticamente confrontati con i
valori da normativa. Un’analisi approfondita è stata eseguita per la determinazione
delle oscillazioni del central needle indotte
dall’azione del vento. L’elemento, isolato
dal modello di calcolo, è stato analizzato
come supportato da una serie di molle,
la cui rigidezza è stato definita attraverso
l’analisi del comportamento del sistema
globale come risposta ad una forza di test.
Una nota interessante è rappresentata dalla strategia di progetto adottata per l’introduzione delle imperfezioni, in accordo alle
prescrizioni dell’Eurocodice 3. Le imperfezioni locali sono state considerate nel progetto del singolo elemento, per esempio
l’inclinazione delle colonne in acciaio o l’inclinazione degli strut dovuta ad una possibile non corretta lunghezza di una fune di
controvento. Le imperfezioni globali sono
state invece valutate nell’analisi dell’intera
struttura, come per esempio la tolleranza
nel posizionamento sul piano verticale
o orizzontale del compression ring, come
conseguenza di una angolazione non corretta delle flange di connessione.
Il modello strutturale è stato poi aggiornato e la struttura è stata interamente riverificata introducendo i valori reali di modulo
elastico e di creep, ottenuti mediante test
di laboratorio sui singoli diametri e tipolo-
gie di funi spiroidali.
A valle della fase progettuale sopra descritta, lo studio di progettazione della
Cimolai spa ha eseguito con il proprio
studio tecnico analisi locali utilizzando la
modellazione agli elementi finiti, al fine di
apportare migliorie tecniche e costruttive
nella disegnazione e realizzazione di alcuni nodi fondamentali della struttura, come
la connessione fra le colonne ed i facade
ties, o le verifiche statiche delle giunzioni
saldate. E’ stato poi realizzato un modello
tridimensionale della struttura, dal quale
estrapolare i dati necessari alla redazione
di disegni e particolari costruttivi, utilizzando i software Bocad e Tekla. Quest’ultimo
programma in particolare ha consentito di
rendere facile e snello il processo di approvazione dei dettagli esecutivi da parte del
progettista e dell’architetto. E’ stata infine
definita e dettagliata nello spazio tridimensionale la struttura metallica principale, completa di tutti gli elementi accessori,
necessari per la connessione di luci, cavi
Fig. 10 - Dettaglio tipologico della struttura di: Flying mast, glass roof e passerelle di manutenzione.
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COSTRUZIONI METALLICHE
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elettrici ed impiantistica, oltre alla modellazione delle connessioni della membrana
di copertura.
Attraverso la stretta collaborazione con il
progettista e con la Cimolai Technology,
specializzata nella realizzazione di strutture speciali di sollevamento e movimentazione, lo studio di progettazione della
Cimolai spa ha eseguito la progettazione
della struttura principale del central needle
e dei relativi sistemi di movimentazione degli elementi di garage, video cube
e del sistema retrattile della membrana
interna di copertura. In particolare il progetto del central needle ha rappresentato
una vera e propria sfida ingegneristica: si è
trattato infatti di ridurre al minimo il peso
proprio della struttura, al fine di non alte-
rare il comportamento statico e dinamico
considerato nello studio iniziale del progettista. L’elemento centrale sospeso della
copertura è stato progettato e verificato
con analisi statica e dinamica non lineare,
in accordo con la normativa EN 1993-1-6.
Sono state inoltre condotte le verifiche a
fatica delle connessioni saldate e bullonate secondo le norme europee EN1991-1-4
ed EN1993-3-2.
La Cimolai in collaborazione con Redaelli
ed il laboratorio L.A.T.I.F. (Laboratorio Tecnologico Impianti a Fune) della Provincia
Autonoma di Trento, ha infine eseguito
una campagna di test sulle funi, eseguendo delle prove di scorrimento con il fine di
verificare i reali coefficienti di attrito presenti fra le superfici dei casting e dei cavi
pretesi. In particolare, per applicare sulle
funi i valori di pretensione richiesti, è stata utilizzata una macchina servo-idraulica
Instron da 10 MN, adottata anche per eseguire la successiva prova di rottura sulla
fune spiroidale chiusa del diametro di 95
mm.
La protezione dalla corrosione
Struttura principale in acciaio
La protezione dalla corrosione delle strutture principali in acciaio è stata attuata
applicando un ciclo di verniciatura opportunamente scelto al fine di garantirne una
durata di almeno 15 anni, considerando le
condizioni ambientali dell’opera caratterizzate dalla classe di corrosività C4, la più severa secondo la normativa EN ISO 12944-2.
Fig. 11 - Vista interna dello stadio, al termine delle operazioni di installazione della membrana in PTFE.
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Per le parti interne e non accessibili delle
strutture invece, si è provveduto ad una
idonea sigillatura che è stata verificata attraverso delle prove di tenuta.
La preparazione dell’acciaio, per l’applicazione della prima mano, ha richiesto un
profilo Sa 2 ½ secondo la EN ISO 12944-4,
ottenuto attraverso il processo di sabbiatura con graniglia metallica in accordo alla
normativa ISO 8503-1.
Il ciclo di pitturazione, applicato in officina,
raggiunge lo spessore finale di 250 µm,
dried film thickness (d.f.t), composto come
indicato nella tabella 1.
Tutte le mani sono state applicate principalmente con equipaggiamento air-less
spray, al fine di garantire la stesura uniforme degli strati di vernice ed un eccellente
risultato estetico finale, in particolare per
l’ultima mano.
Le aree di connessione ad attrito sono
state trattate con un primer inorganico a
base di zinco, certificato e testato al fine di
garantire un coefficiente di attrito minimo
pari a 0,5 come richiesto dalle specifiche di
progetto. Lo spessore applicato nelle aree
di contatto varia dai 50 ai 75 μm d.f.t.
Durante le applicazioni, al fine di garantire
il rispetto delle specifiche di applicazione
date dal produttore, sono stati monitorati
e registrati i valori di:
- temperatura dell’aria;
- umidità dell’aria;
- temperatura dell’acciaio;
- punto di rugiada dell’acciaio.
Bulloneria, minuteria e passerelle di accesso
Bulloni, perni, passerelle di manutenzione
e strutture di accesso sono state invece
trattati con processo di zincatura a caldo
secondo la norma ISO 1461 con spessore
dello strato di zinco pari a 85 μm.
Castings e connettori fusi delle funi spiroidali
Per questi elementi è stato adottato il ciclo
di protezione dalla corrosione come indicato nella tabella 2.
40
Per i connettori fusi dei ring cable, le aree
all’interno delle cave, nelle quali sono alloggiati i cavi circonferenziali, sono state
trattate con processo di metallizzazione
successivo alla zincatura a caldo.
La superficie è stata preparata con sabbiatura in grado Sa3 secondo EN ISO 129444, per garantire la corretta adesione dello
strato di 1.000 μm di zinco spray applicato.
Questo spesso strato di zinco ha lo scopo
di creare un cuscinetto morbido sul quale
i cavi appoggiano, garantendo i valori di
attrito fuso-cavo richiesti dalle specifiche
progettuali ed evitando possibili danneggiamenti alle superfici esterne del cavo
stesso.
La realizzazione dell’opera
Requisito fondamentale nella realizzazione dello stadio nazionale di Varsavia è
stata l’accurata precisione, da parte della
Cimolai, nella fabbricazione degli elementi
di carpenteria metallica che compongono
la copertura. Per tali elementi, al fine di garantire valori alti di pretensione ai sistemi
di funi, è stato stabilito di fabbricarli con
tolleranze costruttive molto ristrette, se
confrontate con quelle usualmente adottate per le strutture in acciaio di questa
tipologia.
Garantire le strette tolleranze prescritte
dalle specifiche progettuali ha rappresentato una vera sfida, in particolare per quanto riguarda la costruzione del compression
ring. Tra le altre prescrizioni è stato infatti
richiesto:
- massima deviazione angolare fra i conci
di 0,5 mm su 1.000 mm ed una tolleranza
sulla lunghezza dei singoli elementi di ±1
mm;
- tolleranza sul posizionamento in altezza
dei punti di connessione del compression ring e delle basi delle colonne di ±2
mm.
Al fine di ottenere le precisioni richieste è
stato utilizzato un accurato sistema di rilevamento dei singoli elementi fabbricati,
attraverso l’impiego di un sofisticato strumento di rilevazione, usualmente adottato nell’industria aeronautica, il Leica Laser
tracker. Questo ha consentito di ottenere
precisioni eccellenti nelle lavorazioni meccaniche e nel rilievo geometrico dei singoli
elementi.
L’intera struttura del compression ring è
stata soggetta a un premontaggio fisico in
officina, a gruppi di cinque conci ed anche
ad un premontaggio di tipo virtuale, realizzando un modello 3D dell’intera struttura
sulla base dei dati geometrici rilevati.
Durante il premontaggio in officina (figura 13) gli elementi sono stati sollevati per
mezzo di un sistema di martinetti idraulici
e ne è stata rilevata la geometria complessiva, eliminando in tal modo ogni possibile forzatura introdotta nelle operazioni di
connessione e posizionamento dei conci.
Questa operazione ha consentito di verificare la corrispondenza fra i valori delle
reazioni vincolari ottenuti dal calcolo e
quelli reali misurati durante il premontaggio.
Il premontaggio virtuale ha poi consentito di verificare ed apprezzare la precisione
nella costruzione e nelle lavorazioni meccaniche degli elementi e di effettuare una
Tabella 1 - Ciclo di protezione dalla corrosione
Zincatura a caldo con spessore dello strato di zinco pari a 85 μm
Seconda mano
80 μm d.f.t.
Intermedio epossidico in ferro micaceo
Mano finale
60 μm d.f.t.
Acrilico polisilossanico metallizzato
Tabella 2 - Ciclo di pitturazione
Prima mano
60 μm d.f.t.
Zincante epossidico
Seconda mano
130 μm d.f.t.
Intermedio epossidico in ferro micaceo
Mano finale
60 μm d.f.t.
Acrilico polisilossanico metallizzato
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COSTRUZIONI METALLICHE
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valutazione accurata dell’intera geometria
tridimensionale della struttura. I dati geometrici così ottenuti sono stati successivamente condivisi con il progettista il quale,
integrandoli nel modello di calcolo, ha valutato il reale comportamento della tensostruttura alla luce della geometria reale del
compression ring.
Durante lo svolgimento del montaggio in
cantiere, il monitoraggio costante delle
deformazioni del compression ring durante le fasi di sollevamento ha confermato il
rispetto delle tolleranze di lavorazione ed
ha validato il processo di controllo di esse
attuato.
Il montaggio dell’opera
Il montaggio della struttura può essere
suddiviso in tre fasi principali:
- montaggio della struttura metallica
esterna;
- assiemaggio e posizionamento a terra
della parte centrale della struttura: central needle, flying masts, funi e castings;
sollevamento finale denominato big lift;
- montaggio in quota delle strutture accessorie: video cube, garage, glass roof e
sistema per la movimentazione del tetto
retrattile; montaggio e tensionamento
della membrana di copertura.
Montaggio della struttura metallica
principale
Il montaggio della copertura dello stadio
nazionale di Varsavia ha avuto inizio nel
gennaio 2010 con la posa e l’inghisaggio
delle basi per il supporto della struttura
metallica. Durante il loro posizionamento
in opera, un continuo monitoraggio dei
cedimenti differenziali ha consentito di
verificare il corretto posizionamento dei
punti di connessione inferiori della struttura metallica, con lo scopo di garantire le
strette tolleranze richieste dalle specifiche
progettuali.
Nell’aprile 2010 il sollevamento della prima colonna ha dato il via al montaggio
della parte principale della struttura metallica. Le colonne ed il compression ring
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COSTRUZIONI METALLICHE
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sono stati posizionati con l’utilizzo di gru
cingolate Demag CC2800 della portata
di 700 tonnellate. Gli elementi sono stati
stabilizzati attraverso l’utilizzo di collegamenti provvisori ancorati alla struttura in
calcestruzzo (figure 13 e 14).
Contemporaneamente, lungo il perimetro
esterno dello stadio, sono state predisposte delle strutture temporanee per l’assiematura e la saldatura degli elementi strut
e facade ties.
Il loro posizionamento e l’inserimento dei
perni di connessione fra compression ring
e strut e la realizzazione della saldatura di
collegamento fra gli elementi facade tie e
le colonne, ha consentito di ultimare la prima importante fase del processo di montaggio della struttura (figura 15).
L’inserimento del concio di chiave del
compression ring che è stato possibile effettuare senza forzature e la verifica della
geometria dei punti di connessione delle
funi radiali, ha validato il processo produttivo ed i rilievi fisici e virtuali eseguiti durante tutte le fasi di costruzione e premontaggio della carpenteria metallica.
Assiemaggio della struttura
metallica interna e posizionamento delle funi e dei castings: il
big lift
Una volta completato il montaggio della
struttura esterna principale, l’attenzione
si è spostata verso l’interno dello stadio,
sulle tribune e sul solaio in calcestruzzo
armato, basamento per il terreno del campo di gioco. Il progettista strutturale SBP
ha ricavato dal modello tridimensionale
la configurazione geometrica di partenza
per le operazioni di tesatura dei cavi radiali e del successivo sollevamento dell’intera
struttura di copertura. La definizione delle
geometrie di progetto è stata messa in
opera con la massima attenzione al fine di
garantire la corretta stesura, sulle tribune
e sul campo di gioco, dei cavi radiali e circonferenziali (figura 16).
Questi ultimi, costituiti da funi di diametro
125 e 70 mm, sono stati posizionati all’interno dei castings per le successive operazioni di serraggio e tensionamento dei
bulloni.
I castings sono stati disposti sul campo di
Fig. 12 - Premontaggio in officina del compression ring
41
42
Fig. 13 - Montaggio di colonne, compression ring
e installazione delle funi di controvento principali
Fig. 14 - Vista del compression ring durante le fasi
di costruzione
Fig. 15 - Vista esterna dello stadio in fase di montaggio della struttura metallica di copertura
gioco con quote in altezza variabili fra 1 e
8 m, grazie all’utilizzo di rilevamenti topografici, con lo scopo di garantirne il corretto posizionamento ed orientamento
nello spazio, requisito fondamentale per
il controllo della geometria della struttura
durante le fasi di sollevamento.
Successivamente sono stati inseriti i flying
mast fra i due livelli di ring cables e connessi alle estremità superiori ed inferiori ai
castings, attraverso connessioni bullonate. In particolare nella connessione degli
elementi d’angolo sono stati incorporati
degli appoggi sferici, al fine di riprendere le deformazioni della tensostruttura. Il
central needle è stato assiemato all’interno
dello stadio e calato in posizione vertica-
le in un apposito vano, realizzato al centro del campo di gioco attraverso un foro
eseguito sui tre solai inferiori, realizzati per
ospitare i parcheggi interrati, fino a raggiungere un livello di -18 m rispetto alla
quota base delle colonne esterne (figura
17). Contemporaneamente alle operazioni di tesatura dei cavi radiali, è avvenuto
il sollevamento del central needle, grazie
all’utilizzo di strand jacks (figura 18).
Sono state poi posizionate le strutture
temporanee in carpenteria metallica progettate e costruite appositamente per la
tesatura dei cavi radiali superiori ed inferiori. Esse sono state connesse da un lato
sui cavi stessi e dall’altro sulla struttura metallica esterna di copertura. A questi sono
stati collegati gli strand jacks, per valori di
tiro che hanno raggiunto i 6.500 kN per i
cavi radiali inferiori d’angolo. Posizionate
le strutture nella configurazione di partenza, i 92 strand jacks sono stati attivati per le
operazioni di tesatura dei cavi radiali superiori. Raggiunti i corretti valori di tensione nelle funi, l’intera struttura di copertura
ha iniziato a sollevarsi, nel rispetto delle
fasi definite dal progettista per assicurare
la stabilità strutturale, fino alla realizzazione delle connessione fra cavi radiali superiori e struts, con l’inserimento dei perni di
collegamento (figure 19a, b, c). Una volta
terminata questa operazione, la tesatura
dei cavi radiali inferiori, attraverso 72 coppie di strand jacks, e la loro connessione
Fig. 16 - Operazioni di posizionamento sul campo di gioco e sulle tribune della struttura interna di
copertura
Fig. 17 - Central needle posizionato nella configurazione iniziale
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COSTRUZIONI METALLICHE
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a)
Fig. 18 -Strand jack assiemato a terra con la relativa attrezzatura di sollevamento
con il compression ring ha consentito di
completare la fase di sollevamento della
struttura, denominata big lift.
Montaggio della struttura di
completamento
Al termine del big lift il montaggio della
struttura è proseguito con l’installazione
sul central needle delle strutture di garage, video cube e dei loro relativi sistemi
di movimentazione. Le attività di costruzione hanno poi interessato il resto della
copertura interna dello stadio, con il montaggio degli archi in acciaio per l’installazione e la tesatura della membrana di
copertura, del glass roof, delle passerelle
di manutenzione connesse ai flying masts
e del sistema di movimentazione della
membrana retrattile interna (figura 20).
Il completamento dell’opera è avvenuto
con l’installazione dei pannelli di alluminio (figura 21), supportati dalla struttura
esterna della facciata, che conferiscono
allo stadio di Varsavia il suo inconfondibile aspetto nella trasparenza e leggerezza
dei colori bianco e rosso della bandiera
polacca.
dr. ing. Andrea Garbuio
Direzione tecnica CIMOLAI Spa, Pordenone
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b)
c)
Fig. 19a, b, c - Vista interna dello stadio durante la sequenza di sollevamento finale, big lift
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Fig. 20 -Vista della copertura nelle fasi di montaggio della
membrana in PTFE
Fig. 21 - Fase di montaggio della pannellatura esterna dello stadio
Dati generali dell’opera
Capacità dello stadio Nazionale
di Varsavia:
Posti a sedere
58.500
Area coperta totale 50.000 m²
Totale superficie di copertura 64.800 m²
Inizio posa pali di fondazione 15/05/2008
Montaggio della 1a colonna 29/04/2010
Completamento del big lift 04/01/2011
Inaugurazione del nuovo stadio
30/11/2011
Peso totale struttura in acciaio 12.970 t
Peso totale funi spiroidali
1480 t
Peso totale elementi fusi (castings) 300 t
Massima altezza della copertura
90 m
Qualità acciaio
Bulloni
S355N, S460M secondo
EN10025, caratteristiche
aggiuntive Z25 e Z35
secondo EN 10164
CL.10.9, CL. 8.8 secondo
EN14399 – EN 1090
CREDITS
Cliente – Gestore:
NCS - Narodowe Centrum Sportu Sp. z o.o Varsavia - Polonia
Architetto: GMP - Gerkan, Marg and
Partners GMP - Berlino - Germania
Progettista: SBP - Schlaich Bergermann
and Partners - Stoccarda - Germania
Impresa generale: Alpine Bau
Deutschland AG, Alpine Bau GmbH
and Alpine Construction Poland Ltd.,
Hydrobudowa Poland SA and PBG
Sviluppo disegni costruttivi della
struttura metallica principale di
copertura:
Cimolai Spa – Pordenone - Italia
Progettazione e sviluppo dei disegni
costruttivi della struttura metallica
interna di copertura:
Cimolai Spa – Pordenone - Italia
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Carpenteria per la struttura principale di
copertura:
Cimolai Spa – Pordenone - Italia
Carpenteria per la parte interna della
struttura:
Mostostal Zabrze Holding S.A. - Zabrze Polonia
Fornitura funi spiroidali:
Redaelli Tecna S.p.A. – Cologno Monzese Italia
Fornitura elementi fusi (castings):
Fonderie Cividale – Cividale del Friuli - Italia
Montaggio della copertura:
Mostostal Zabrze Holding S.A. - Zabrze Polonia
Supervisione e coordinamento
delle operazioni di montaggio della
copertura e big lift:
Cimolai Spa – Pordenone - Italia
Progettazione e realizzazione della
membrana di copertura:
Hightex GmbH – Rimsting - Germania
Progettazione e costruzione del sistema
di movimentazione della membrana
interna:
Cimolai Technology – Carmignano di
Brenta - Italia
Progettazione e fabbricazione delle
attrezzature di sollevamento finale della
copertura, big lift:
Cimolai Spa – Pordenone - Italia
Coordinamento delle attività di
sollevamento finale della copertura, big
lift:
Cimolai Spa – Pordenone - Italia
Sollevamento finale della copertura:
VSL ltd – Subingen - Svizzera
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